【FPGA至简设计原理与应用】第一篇第三章硬件描述语言Verilog第5节按位逻辑运算符

明德扬肖老师

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5.5 按位逻辑运算符

本文档编号：001100000061
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1. 本节主要进行组合逻辑的介绍，包括：程序语句（assign语句、always语句），数字进制（二进制、不定态、高阻态），算数运算符（加、减、乘、除运算符），逻辑运算符（逻辑与、或、非运算符），按位逻辑运算符（单目按位与、或、非运算符，双目按位与、或、异或运算符），关系运算符，移位运算符（左移、右移运算符），条件运算符（三目运算符、if语句、case语句、选择语句等），拼接运算符；
2. ALTERA和VIVADO文档

注：~ ^, ^ ~（二元异或非即同或）：（相当于同或门运算）。

在Verilog HDL语言中有下面几种按位运算符：

~（一元非）：（相当于非门运算）

&（二元与）：（相当于与门运算）

|（二元或）：（相当于或门运算）

^（二元异或）：（相当于异或门运算）

这些操作符在输入操作数的对应位上按位操作，并产生向量结果。下图各真值表种显示对于不同按位逻辑运算符按位操作的结果：

5.5.1单目按位与

单目按位与运算符&，运算符后为需要进行逻辑运算的信号，表示对信号进行每位之间相与的操作。

例如

Reg[3:0] A,C；

assign C=&A;

上面代码等价于 C = A[3] &A[2] & A[1] & A[0]；

如果A=4’b0110，C的结果为0。

5.5.2单目按位或

单目按位或运算符|，运算符后为需要进行逻辑运算的信号，表示对信号进行每位之间相或的操作。例如

Reg[3:0] A,C；

assign C=|A;

上面代码等价于 C = A[3] | A[2] |A[1] | A[0]；

如果A=4’b0110，C的结果为1。

5.5.3单目按位非

单目按位非运算符~，运算符后为需要进行逻辑运算的信号，表示对信号进行每位取反的操作。例如

Reg[3:0] A,C；

assign C=~A;

上面代码等价于 C[3] = ~A[3]，C[2] = ~A[2]，C[1] = ~A[1]，C[0] = ~A[0]。

如果A=4’b0110，C的结果为4’b1001。

5.5.4双目按位与

双目按位与运算符&，信号位于运算符的左右两边，表示的是对这两个信号进行对应位相与的操作。例如

Reg[3:0] A，B，C；

assign C = A & B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] &B[0]，C[1] = A[1] & B[1]，C[2] = A[2] & B[2]，C[3] = A[3] &B[3]。如果A=4’b0110，B=4’b1010，C的结果为4’b0010。

如果操作数长度不相等, 长度较小的操作数在最左侧添0 补位。例如,

reg[1:0] A;

reg[2:0] B;

reg[3:0] C；

assign C = A & B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] &B[0]，C[1] = A[1] & B[1]，C[2] = 0& B[2]，C[3] = 0 &0。

5.5.5双目按位或

双目按位或运算符|，信号位于运算符的左右两边，表示的是对这两个信号进行对应位相或的操作。例如

reg[3:0] A，B，C；

assign C = A | B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] |B[0]，C[1] = A[1] | B[1]，C[2] = A[2] | B[2]，C[3] = A[3] | B[3]。如果A=4’b0110，B=4’b1010，C的结果为4’b1110。

如果操作数长度不相等, 长度较小的操作数在最左侧添0 补位。例如,

reg[1:0] A;

reg[2:0] B;

reg[3:0] C；

assign C = A | B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] |B[0]，C[1] = A[1] | B[1]，C[2] = 0 | B[2]，C[3] = 0 | 0。

5.5.6双目按位异或

双目按位异或运算符^，信号位于运算符的左右两边，表示的是对这两个信号进行对应位相异或的操作。异或是指0^0=0,1^1=0,0^1=1，即相同为0，不同为1。例如

reg[3:0] A，B，C；

assign C = A ^ B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] ^B[0]，C[1] = A[1] ^ B[1]，C[2] = A[2] ^ B[2]，C[3] = A[3] ^ B[3]。如果A=4’b0110，B=4’b1010，C的结果为4’b1100。

如果操作数长度不相等, 长度较小的操作数在最左侧添0 补位。例如,

reg[1:0] A;

reg[2:0] B;

reg[3:0] C；

assign C = A | B;

上面的代码等价于：C[0] = A[0] ^B[0]，C[1] = A[1] ^ B[1]，C[2] = 0 ^ B[2]，C[3] = 0 ^ 0。

5.5.7经验总结

• 逻辑运算符和位运算符的区别
  

逻辑运算符包括&&、||、!，位运算符包括&、|、~。那么逻辑运算符和位运算符有什么区别呢？

将逻辑与“&&”和按位与“&”进行对比可以看出，逻辑与运算符的运算只有逻辑真或逻辑假两种结果，即1或0；而“&”是位运算符，用于两个多位宽数据操作。对于位运算符操作，两个数按位进行相与、相或或者非。

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assign a = 4’b0111  && 4’b1000;    assign b = 4’b0111  || 4’b1000;    assign c =  !4’b0111;    assign d = 4’b0111  & 4’b1000;    assign e = 4’b0111  | 4’b1000;    assign f =  ~4’b0111;

上面运行的结果为：a=1’b1，b=1’b1，c=1’b0，d=4’b000，e=4’b1111，f=4’b1000。